Transmissor de nível por onda guiada Smar. Aplicação em Usinas e Destilarias. Introdução São comuns as aplicações industriais em que há presença de vapores, mudança de densidade e temperatura do processo, bem como dificuldades de acesso e instalação na parte inferior de reservatórios. O setor sucroalcooleiro não foge da regra. Em muitos desses casos, deseja-se medir o nível de processos como os descritos acima, e soluções como células de carga ou medidores de ondas livres requerem cuidados especiais de instalação, ou simplesmente não atendem a algumas aplicações. A tecnologia de medidores de nível pelo princípio TDR (Time Domain Reflectometry), também conhecidos como Radares de Onda Guiada, é uma das mais modernas existentes no mecado de automação industrial. Ela surgiu no intuito de suprir pontos que até então os outros medidores não satisfaziam em sua plenitude. O novo RD400, o Radar de Onda Guiada da Smar, já foi instalado em diversas usinas de açúcar e destilarias, em várias cidades do país. O objetivo deste material é elucidar alguns desses pontos que caracterizaram casos de sucesso do RD400 no referido segmento. Efluentes Local: JPilon S/A Açúcar e Álcool - Cerquilho-SP Além da vinhaça, que é fornecida à área agrícola como adubo, há em muitas usinas tanques com efluentes industriais. Esses efluentes também recebem o mesmo destino. Geralmente, eles são compostos por elementos como: águas residuais de destilação (flegmaça); água de descarga da caldeira; lavagem do setor de fabricação de açúcar. No caso da Usina J. Pilon S/A Açúcar e Álcool, localizada na cidade de Cerquilho, interior de São Paulo, um dado tanque recebe todos esses efluentes. Na seqüência, eles são bombeados para torres de resfriamento, onde um spray de água abaixa a temperatura para serem enviados para irrigação. Tanto no caso da torre de resfriamento quanto no do tanque final, o controle de nível deve ser cauteloso, pois não pode haver transbordamento e conseqüente parada no processo. No tanque inicial, que é o primeiro receptor dos efluentes da usina, o caso de nível mínimo também merece atenção, para que se evite a cavitação das bombas. O RD400 foi instalado nesse primeiro tanque de efluentes, como mostra o croqui seguinte.
Instalação aberta em efluentes. Detalhe do croqui da instalação. guiadas continuamente em uma sonda, permanecem no caminho da reflexão sem interferências externas. Na Usina Vale do Rosário, essa instalação foi realizada em 2004, e caracterizou o primeiro teste beta do transmissor. O controle de nível na área de evaporação é de suma importância. No pré-evaporador, um nível muito alto pode contaminar o vapor vegetal que alimenta essa área. Ao mesmo tempo, a eficiência do pré-evaporador, associada diretamente ao nível de caldo, deve ser a melhor possível para que as caixas de evaporação seguintes trabalhem dentro do esperado. Esse controle permite trabalhar com o nível ótimo para evaporação. Se o nível estiver muito baixo, a superfície de aquecimento dos tubos não será usada integralmente, e os tubos podem secar na parte superior. Se o nível estiver muito alto, a parte inferior do tubo fica afogada com caldo que se move a baixa velocidade, não obtendo consequentemente a taxa de evaporação desejada. O nível ótimo é aquele em que o líquido começa a ser arrastado para o topo dos tubos através das bolhas de vapor, com somente um pequeno fluxo na parte superior do espelho. Este nível varia com o tamanho dos tubos, temperatura, taxa de transferência de calor, incrustações e viscosidade do caldo. Processos como esse são de fácil instalação e a continuidade da medição é garantida, pois além de haver presença de água, o que caracteriza ótima reflexão às ondas guiadas, não há presença forte de vapores, espuma ou outro elementos que absorvam as ondas. Assim, utilizou-se nessa aplicação uma sonda simples flexível, com um suporte que também pode ser fornecido pela Smar. Pré-Evaporadores e Evaporadores Locais: Usina Vale do Rosario, Orlândia-SP; Usina Alvorada de Bebedouro, Guaxupé-SP; outros locais a instalar em breve. A parte interna de pré-evaporadores e evaporadores de usinas é repleta de calandras, obstáculos que interferem nas medições de nível. Medidores de ondas livres encontram a dificuldade dos falsos ecos devido às calandras e aos vapores presentes no meio, e os medidores de nível por pressão hidrostática têm que enfrentar a variação de densidade e temperatura do processo. Assim, dispositivos práticos que atendem plenamente ao transmissor de onda guiada são os vasos comunicantes. Note-se que transmissores de ondas livres dentro desses vasos ainda poderiam fornecer falsos ecos devido às paredes do vaso e aos vapores algo comum já relatado por muitos usuários do setor. Com o RD400, as ondas eletromagnéticas, por serem Instalação no Pré-Evaporador. À esquerda, o fundo do vaso com a sonda o transpassando. 02
O RD400 foi instalado em um vaso comunicante ao tanque de condensado da turbina, medindo 1,5 metro, para medição de um range de aproximadamente 1 metro. O processo, considerado crítico, é de excelente aplicabilidade para o RD400, dada a boa qualidade de reflexão das ondas, o alto dielétrico do processo e a condição de instalação por vaso comunicante (que possibilita um bom aprisionamento dos pulsos eletromagnéticos). Detalhe da instalação no Pré-Evaporador por vaso comunicante. Tanque de condensado da Turbina de Condensação do Gerador Local: Usina Caeté, São Miguel dos Campos-AL Essa aplicação é uma das mais críticas de uma usina. Os geradores são como o coração da planta, e suas turbinas devem ter rotações tais que o vapor proveniente das caldeiras seja aproveitado não só para gerar energia elétrica, mas para ser distribuído a outras áreas ou mesmo virando condensado novamente, caracterizando um ciclo inteiramente fechado de aproveitamento e balanço energético. A Usina Caeté possui dois geradores, e o controle de nível do vapor que foi condensado é de extrema importância, pois se o seu reservatório secar, a turbina desarma e a usina simplesmente pára. O mesmo acontece se houver transbordamento: a água entra na turbina, esta sofre um choque térmico e desarma. Instalação do RD400 em vaso comunicante. Instalação por vaso comunicante na caixa de condensado da turbina do gerador. Dorna de Fermentação Local: Usina Santa Elisa, Sertãozinho-SP O mel final, mais conhecido como melaço, que sobrou do processo de produção do açúcar, será utilizado para a produção de álcool. Mas para isso, ele é diluído em água e/ou caldo para formar o chamado mosto, que por sua vez passará por um processo de fermentação alcoólica até se tornar vinho, subproduto enviado às colunas de destilação para a produção do álcool hidratado e anidro. As dornas de fermentação têm particularidades que dificultam a medição de nível do mosto. Uma, por exemplo, é a grande quantidade de espuma que se forma na superfície do processo. Na fase de pico dessa fermentação, essa espuma chega a alturas consideravelmente grandes, suficientes para absorver as ondas livres de medidores que usam dessa tecnologia. Além disso, medições pelo pricípio de pressão hidrostática encontram a restrição da variação da temperatura e da densidade do processo. 03
Na Cia. Energética Sta Elisa, instalou-se, através de um vaso comunicante, um RD400 de haste simples, como no caso dos evaporadores de outras usinas já citados. As próximas instalações do equipamento serão internas às dornas. Essa sensibilidade pode ser entendida pelos gráficos que seguem. Baixa Reflexão Medição em Óleo de Soja (baixo dielétrico). Instalação em vaso comunicante na Dorna de Fermentação. No gráfico acima, a reta horizontal corta a reflexão da onda que atinge a superfície do processo (óleo de soja, com baixa constante dielétrica). Pode-se notar que a mesma reta quase corta ruídos à esquerda. Isso traz imprecisões à medição, e requer cuidados de instalação mais delicados, de modo a atenuar os ruídos de uma forma geral. No gráfico seguinte, já se nota outro tipo de comportamento. Outras Aplicações O RD400 também pode medir o nível de álcool anidro ou hidratado (certificação em andamento), água de embebição, caldo de cana, vinhaça, caldo caleado, entre outros pontos. Em suma, a maioria dos processos dentro de uma usina estão, como se vê neste documento, em estado líquido, e isso facilita bastante a medição, pois o parâmetro Sensor Threshold Level do radar, que nada mais é que sua sensibilidade, pode variar em uma faixa muito grande de valores, dando maior autonomia e aplicabilidade do equipamento nesses diversos processos. Gráfico de Alta Reflexão Medição em Caldo Secundário de Cana (alto dielétrico). Nesse último gráfico, a reta horizontal tem uma área muito maior para detectar a reflexão na superfície do processo. Isso ocorre porque há forte presença de água no mesmo. Trata-se de caldo de cana secundário, composto pela água de embebição acrescentada na área de moagem. Essa embebição consiste na diluição do bagaço entre os ternos da moenda. Assim, de forma geral, todos os processos dentro da usina têm a condição de líquidos ou semi-líquidos, com presença de água adicionada ou da própria cana-de-açúcar. Gráficos como o último são mais comuns, ao se aplicar o RD400 na medição do nível de diversos processos dentro das usinas e destilarias. 04
Conclusão O RD400 garante confiabilidade e exatidão na medição de nível em usinas de açúcar e álcool, bem como em diversos outros segmentos. Livre de variações de densidade e temperatura, impossibilidade de instalação na parte inferior de tanques, presença de bolhas, falsos ecos que ocorrem em ondas não-guiadas (como em transmissores tipo ultra-som ou de microondas), o RD400 precisa apenas que sua sonda esteja imersa no processo cujo nível se deseja medir, e esse processo precisa ter uma constante dielétrica mínima tal que as ondas guiadas reflitam de volta ao equipamento. Uma garantia de dielétricos altos, como já foi citado, é a presença de água. Além disso, o RD400 possui a vantagem de ser instalável em topo, o que possibilita fácil acesso à sua eletrônica, bem como manutenção simplificada. A maioria dos tanques industriais já possui em seu topo bocais, pontos de inspeção ou flanges para instalação de outros equipamentos, nos quais se pode adaptar o radar. O RD400 oferece uma tecnologia de medição nova no mercado de automação industrial, mas já utilizada há muitos anos em diversos setores: construção civil, telecomunicações, agricultura, química, entre outros. Trata-se do conceito da Reflectometria pelo Domínio do Tempo (TDR), baseado na reflexão de ondas eletromagnéticas em superfícies de processos que ofereçam mudança de impedância a elas. É um princípio consagrado mundialmente, e agora totalmente adaptado às indústrias, para suprir o que as outras formas de medição de nível não podiam atender. Para cada tipo de processo, haverá a necessidade de um tipo diferente de sonda, que pode ser uma haste simples ou dupla, um cabo simples ou duplo ou ainda um terminal coaxial. O que vai determinar qual será essa sonda são parâmetros como a altura do tanque, a instalação ou não do RD400 em vaso comunicante ao reservatório, a constante dielétrica do processo, entre outros. Consulte nossos representantes para mais informações. Coaxial (0,6-3m) Haste Simples (0,6-4m) Haste Dupla (0,6-4m) Conexão Tri-clamp com Hastes Polida (0,6-4m) Cabo Simples (1-14m) Cabo Duplo (1-14m) 05
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